KR101456718B1 - 기다란 원통형 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 받침관에 원통형 스퍼터링타겟을 접착해 만든 기다란 스퍼터링 타겟 어셈블리와 그 방법에 관한 것이다. 이 방법은 a) 원통형 받침관의 외면과 다수의 원통형 스퍼터링 타겟부의 내면을 접착할 준비를 하기 위하여 초음파 에너지와 인듐을 사용하는 단계; b) 받침관의 외면과 타겟부의 내면을 틈새를 두고 인접하도록 받침관에 타겟부를 끼우되, 전체 타겟부들의 총 길이가 36인치보다 길게 하는 단계; c) 받침관을 직립시킨채 상기 틈새에 액체 인듐을 채우는 단계; 및 d) 상기 액체 인듐이 응고되어 스퍼터링 과정동안 타겟부들을 받침관에 접착상태로 유지되도록 하는 인듐 접착층을 형성하는 단계;를 포함하되,인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

기다란 원통형 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법{VERY LONG CYLINDRICAL SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR MANUFACTURING}

본 발명은 진공증착에 사용되는 원통형 스퍼터링 타겟의 제조방법, 구체적으로는 원통형 받침관에 다수의 원통형 스퍼터링 타겟들을 접착해 아주 긴 원통형 스퍼터링 타겟을 만드는 방법에 관한 것이다.

스퍼터링은 타겟물질의 박막을 기판에 증착하기 위한 진공증착법이다. 스퍼터링에 사용되는 재료로는 원소금속(예; 동, 금, 텅스텐, 몰리브덴, 알루미늄 등), 합금(알루미늄-동 합금, 알루미늄-네오디뮴 합금, 티타늄-텅스텐 합금 등), 화합물(예; 이산화규소, 질화티타늄 등)이 있다. 타겟재료를 증착할 기판의 예로는 반도체 디바이스, CD, 자기디스크 드라이브에 사용되는 하드디스크, 평판 디스플레이에 사용되는 광학장치가 있다.

기존의 스퍼터링 장치는 진공실 안에 타겟과 기판을 배치했다. 타겟은 전기적으로 이온류가 큰 전극이고, 진공실은 불활성 기체로 채워 전력을 타겟과 전극에 공급할 때 이온화시킨다. 양극으로 대전된 불활성기체 이온들이 타겟과 충돌하면서 원자크기의 입자들이 타겟에서 방출되고, 이들 입자가 기판 표면에 박막으로 증착되는 것이다.

이런 전기적 구성 때문에, 타겟은 아주 고온으로 되고 뒤에 냉각해야 한다. 일반적인 스퍼터링 장치에서는 수냉식 받침부재에 타겟을 부착하여 냉각을 한다. 경우에 따라서는, 직사각형의 타겟과 받침판을 사용하기도 하고, 타겟과 받침판이 원통형이기도 하다. 도 1의 원통형 스퍼터링 어셈블리(10)는 원통형 스퍼터링 타겟(12), 원통형 받침관(16) 및 접착층(20)으로 이루어진다. 기판(30)에 스퍼터링할 재료는 원통형 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면(24)에서 방출된다. 스퍼터링 타겟(12)은 일체형이거나 2개 이상의 부분으로 이루어질 수 있다. 받침관(16) 내부공간을 흐르는 냉각수에 의해 스퍼터링 타겟(12)이 냉각된다. 플라즈마 상태의 이온을 만들어 타겟재료가 기판(30)에 스퍼터링되게 하는 자속류를 일으키도록 받침관(16) 내부공간에 (자석 집합인) 마그네트론을 배치하기도 한다. 일반적으로, 기판(30)이 스퍼터링 어셈블리(10) 밑을 화살표(32) 방향으로 움직이는 동안, 스퍼터링 어셈블리(10)는 화살표(33) 방향으로 회전하면서 스퍼터링면(24) 전체의 물질을 스퍼터링 과정에 사용한다.

종래에는 스퍼터링 타겟(12)을 받침관(16)에 접착하는 접착층(20)에 여러가지 물질을 사용했다. 그러나, 종래에는 길이가 아주 짧은 스퍼터링 타겟만을 접착했다. 예를 들어, 도 1에 도시된 원통형 스퍼터링 어셈블리(10)의 길이 k는 36인치(91.44cm) 보다 짧다. 이렇게 짧은 길이의 스퍼터링 어셈블리를 사용한 이유는 일부는 산업의 제한조건 때문이고 한편으로는 타겟들을 기다란 받침관에 접착하기가 어렵기 때문이다.

평판 디스플레이와 같은 분야에서는 기판이 점점 대형화되고 있다. 예를 들 어, 표면적이 1,200~6,000in²(7,742~38,700㎠) 또는 그 이상인 정사각형이나 직사각형의 평판 디스플레이가 사용되고 있다. 이런 대형 기판들중에서는 받침판에 인듐을 접착한 대형 직사각형 스퍼터링 타겟을 사용해 처리하는 경우도 있지만, 표면적이 1,200in² 이상인 기판에 사용되는 원통형 스퍼터링 타겟에 대해서는 지금까지 전혀 보고된 적이 없다.

요컨대, 본 발명은 원통형 받침관에 원통형 스퍼터링타겟을 접착해 만든 기다란 스퍼터링 타겟 어셈블리와 그 방법에 관한 것이다.
이 방법은 a) 원통형 받침관의 외면과 다수의 원통형 스퍼터링 타겟부의 내면을 접착할 준비를 하기 위하여 초음파 에너지와 인듐을 사용하는 단계; b) 받침관의 외면과 타겟부의 내면을 틈새를 두고 인접하도록 받침관에 타겟부를 끼우되, 전체 타겟부들의 총 길이가 36인치보다 길게 하는 단계; c) 받침관을 직립시킨채 상기 틈새에 액체 인듐을 채우는 단계; 및 d) 상기 액체 인듐이 응고되어 스퍼터링 과정동안 타겟부들을 받침관에 접착상태로 유지되도록 하는 인듐 접착층을 형성하는 단계;를 포함하되,인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 한다.

기다란 스퍼터링타겟 어셈블리는 길이가 36인치 이상이고 하나 이상의 스퍼터링 타겟부들로 구성된 원통형 스퍼터링 타겟을 포함하고, 스퍼터링 타겟 내부에 위치하는 원통형 받침관, 및 스퍼터링 타겟을 받침관에 접착하기 위해 스퍼터링 타겟과 받침관 사이에 위치하는, 인듐으로 이루어진 접착층으로 구성된다.

도 1은 원통형 스퍼터링 타겟 어셈블리의 사시도;

도 2는 스퍼터링 타겟 어셈블리의 측면도;

도 3은 도 2의 3-3선 단면도;

도 4는 가열관의 부분사시도;

도 5는 제조과정동안 직립해 있는 스퍼터링타겟 어셈블리의 단면도;

도 6은 초음파 도구의 사시도;

도 7은 다른 초음파 도구의 사시도.

도 1의 원통형 스퍼터링 타겟 어셈블리(10)은 원통형 스퍼터링타겟(12), 원통형 받침관(16) 및 접착층(20)을 포함한다. 스퍼터링타겟(12)의 스퍼터링면(24)은 스퍼터링 과정을 시작할 때 기판에 스퍼터링할 재료를 분무하는 표면이다. 본 발명에서, 원통형 스퍼터링타겟(12)의 길이(h)는 36인치 이상인 것이 좋지만, 40인치(101.6cm) 내지 130인치(330.2cm)면 더 좋다(도 2 참조). 스퍼터링타겟(12)의 외경(D)도 중요하지만(도 3 참조), 길이(h)가 외경보다 더 중요한 변수이다. 외경은 대개 5.5인치 이상이지만, 5.5~9.45인치(14~24cm)면 더 바람직하다.

도 2를 보면, 스퍼터링타겟(12)의 스퍼터링면(24)이 다수의 원통형 타겟부(34)로 이루어짐을 알 수 있다. 인접한 타겟부(34) 사이에 간극(38)이 존재한다. 간극(38)의 폭(w)은 0.02인치(0.5mm) 정도이다. 원통형 스퍼터링타겟(12)의 길이(h)는 단일 스퍼터링 어셈블리(10)내 스퍼터링면(24)의 총 길이다. 요컨대, 길이(h)는 개별 타겟부(34)의 길이(x) 전체를 포함한다.

도 2를 보면 길이 h에 간극(38)의 폭 w도 포함되지만, w의 합이 h에 비해 훨씬 작기 때문에, 길이 h를 스퍼터링면(24)의 전체 길이로 해도 무방하다. 길이 h는 어셈블리(10)의 길이 k보다 작은데, 이는 받침관(16)의 노출구간(40)이 어셈블리(10) 양단부의 최종 타겟부(34)보다 돌출하기 때문이다.

타겟부(34) 각각은 스퍼터링타겟 재료로 이루어진 원통편이다. 각각의 타겟부(34)내에 받침관(16)과 접착층(20)이 수용된다(도 3 참조). 각각의 타겟부(34)의 길이 x는 어떻게 해도 되지만, 도시된 실시예에서는 8인치(20.32cm)이다. 또, 주어진 스퍼터링타겟(12) 안에서 타겟부(34)마다 길이 x를 다르게 해도 된다.

길이(x)가 짧은 타겟부(34) 여러개를 사용하면 길이(h)가 36인치 이상인 긴 스퍼터링타겟(12)을 쉽게 만들 수 있다. 스퍼터링 재료로 세라믹을 사용할 경우, 타겟부(34) 하나의 길이(x)를 36인치 이상으로 하는 것은 아주 어렵거나 불가능하다. 그러나, 금속을 사용할 경우 길이 36인치 이상의 타겟부(34)을 본 발명에서 사용할 수 있다.

스퍼터링타겟(12)과 타겟부(34)의 재료는 많은데, 일반적으로는 원소물질(예; 은, 실리콘, 동, 금, 텅스텐, 몰리브덴, 알루미늄 등), 합금(예; 알루미늄-동 합금, 알루미늄-네오디뮴, 인듐-주석-산화물, 타티늄-텅스텐 합금 등), 화합물(예; 이산화규소, 실리콘 카바이드, 세라믹, 질화티타늄 등)을 사용한다.

도 3에 의하면, 스퍼터링타겟(12)과 받침관(16) 사이에 접착층(20)이 위치하는데, 접착층(20)의 폭(참조부호 m으로 표시)은 0.015인치(0.38mm)이지만 치수를 달리하는 것도 가능하다. 받침관(16)은 기다란 원통관으로 기계적으로 스퍼터링타겟(12)을 지지할만큼 충분히 강하다. 받침관(16) 내부공간(42)에 스퍼터링타겟(12)의 냉매 역할을 하는 물이나 액체가 흐른다. 받침관(16)의 재료로는 스테인리스스틸이나 티타늄이 바람직하지만, 알루미늄합금, 동이나 동합금도 사용할 수 있다.

도 4는 스퍼터링타겟 어셈블리(10)를 제작할 때 사용되는 가열관(50)을 보여준다. 가열관(50)은 알루미늄으로 된 원통형 금속가열관(54), 고정구(58), 가열관(54)에 열을 공급하는 히터(60) 및 다수의 스페이서(64)로 구성된다. 제조과정중에, 가열관(54)을 받침관(16)의 내부공간(42)에 끼워 받침관을 가열한다. 본 실시예에서는 29와트/인치의 관형 히터 8개를 가열관(54)의 길이를 따라 나란히 외면에 배치한다. 한편, 열선과 같은 다른 종류의 히터를 가열관(54) 둘레에 감을 수도 있다. 히터(60)와 제어회로를 전선(62)으로 연결하여 히터에 전력을 공급한다(도 5 참조). 가열관(54) 외면과 받침관(16) 내면 사이에 스페이서(64)를 배치해 히터(60)가 들어가는 틈새를 만든다.

고정구(58)는 가열관(54)에 볼트로 단단히 고정되고 제조과정중에 받침관(16)에 타겟부(34)을 정렬하는데 사용된다. 고정구는 받침관 스토퍼(68)와 타겟 스토퍼(70)로 구성되고, 타겟 스토퍼가 받침관 스토퍼보다 길다. 이런 길이차로 틈새(72)가 생긴다. 스퍼터링타겟 어셈블리(10)의 첫번째 타겟부(34)을 타겟스토퍼(70)의 표면(74)에 맞댄다(도 5 참조).

도 5는 스퍼터링타겟 어셈블리(10)를 제조하는데 사용되는 어셈블리 스탠드(80)를 보여준다. 어셈블리 스탠드(80) 재료는 스틸이 좋지만 다른 재료도 사용할 수 있고, 베이스(82)와 수직 고정구(86)로 이루어진다. 제조과정중에, 수직 고정구(86)를 가열관(54) 내부공간에 끼워 가열관(54)과 받침관(16)을 수직 자세로 유지하면서 접착층(20)을 형성한다. 받침관(16)의 일단부는 받침관 스토퍼(68)에 맞닿아 있다. 받침관(16)을 스탠드(80)에 수직으로 유지하는 동안, 또는 그 이전에 받침관이 아직 수평 상태에 있는 동안, 첫번째 타겟부(34)가 타겟 스토퍼(70)의 표면(74)에 닿을 때까지 (3개 그룹으로 된) 타겟부(34)를 받침관(16)에 끼운다. 이 때, 타겟부(34)과 받침관(16) 사이의 틈새(90)에 접착물질을 채우는데, 접착물질에 대해서는 후술한다. 도 5에서는 받침관(16)의 외면(94)과 스퍼터링타겟(12)의 내면(96)도 볼 수 있다.

도 6은 스퍼터링타겟(12)의 내면(96)을 인듐으로 코팅하는데 사용되는 초음파혼(ultrasonic horn; 100)의 사시도이다. 초음파혼(100)의 단면(102)은 인듐을 분산시키는데 사용되고, 또한 그 와중에 인듐에 초음파 에너지를 전달하는데에도 사용된다. 마찬가지로, 도 7은 받침관(16)의 외면(94)을 인듐으로 코팅하는데 사용되는 초음파혼(106)의 사시도이다. 다른 형상의 초음파혼을 사용할 수도 있고, 표면(96,94)에 인듐을 코팅하거나 분산시키는데 다른 기법을 이용할 수도 있다.

본 발명의 장치는 원통형 스퍼터링면(24)을 갖는 스퍼터링타겟(12)을 사용하는데 그 길이가 36인치 이상이고 표면적이 큰 기판을 스퍼터링하는데 사용된다. 스퍼터링타겟(12)의 형상이 원통형이므로, 스퍼터링면(24)의 표면적(A)의 공식은 A=2πrh이고, 이때 r은 실린더(스퍼터링타겟)의 반경(도 3에서 D/2)이며 h는 실린더의 길이이다(도 2 참조). 따라서, 스퍼터링면(24)의 표면적은 실린더의 외경과 길이에 의해 결정된다. 그러나, 실제로는 스퍼터링타겟(12)의 길이(h)가 중요한데, 이는 스퍼터링타겟(12)이 대형 기판의 스터퍼링 부위를 커버하는 것은 그 길이(h)에 의해 좌우되기 때문이다. 이에 따라, 스프터링타겟(12)의 길이(h)가 중요한 변수이고, 본 발명에서는 스퍼터링타겟의 길이(h)가 36인치(91.44cm) 이상이다. 구체적으로, 길이(h)는 40~130인치(101.6~330.2cm) 범위에 있지만, 130인치보다 길수도 있다. 도시된 실시예에서는 길이(h)가 대략 72인치(183cm)이다.

스퍼터링타겟(12)을 인듐으로 된 접착층(20)을 이용해 받침관(16)에 접착한다. 인듐은 순도 99.99% 이상이 좋지만, 인듐합금(예; 인듐/주석 합금), 주석, 엘라스토머와 같은 다른 재료를 사용할 수도 있다. 엘라스토머로는 실리콘 엘라스토머, 폴리(디메틸실록산) 엘라스토머가 있고, 다우코닝사에서 판매하는 Sylgard 184가 일례이다. 다른 적당한 엘라스토머를 접착층(20)의 재료로 사용할 수 있는데, 예컨대 스퍼터링타겟과 받침관 사이에 강력한 접착력을 유지하고 스퍼터링타겟에서 받침관에 제대로 열전달을 하면서 50℃ 이상의 온도를 견딜수 있고 진공에서 호환되는 중합체라면 괜찮을 것이다. 사용할 수 있는 중합체의 예를 들면, 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플루오에틸렌 프로필렌 코폴리머가 있다. Electric RTV 31, General Electric RTV 615와 같은 상표로 판매되는 다른 실리콘 엘라스토머를 사용할 수도 있다.

스퍼터링타겟(12)을 받침관(16)에 접착하는 방법은 원통형 받침관(16)의 외면과 스퍼터링 타겟부(34)의 내면을 접착할 준비를 하는 단계; 받침관의 외면과 타겟부들의 내면을 틈새(90)를 두고 가까이 배치하되 타겟부들의 전체 길이가 36인치 이상이 되게 하는 단계; 및 받침관을 수직으로 유지하면서 접착물질을 틈새에 채우는 단계를 포함한다. 접착물질은 스퍼터링 과정동안 받침관에 스퍼터링타겟을 접착상태로 유지하도록 충분히 강력해야 한다.

원통형 받침관(16)의 외면과 스퍼터링 타겟부(34)의 내면을 접착할 준비를 하는 단계에서 인듐과 같은 접착물질로 양쪽 표면을 코팅하거나, 샌드블래스트나 솔벤트로 표면을 닦아낸다. 양쪽 표면을 적절히 접착하는 엘라스토머나 다른 물질을 접착층(20)에 사용하면, 위의 준비단계에서 인듐으로 코팅하는 과정은 불필요할 것이다.

한편, 이와 같은 방법은 다수의 타겟부(34)로 구성된 스퍼터링타겟(12)의 길이를 36인치 정도로 유지하면서 받침관(16)의 외면과 스퍼터링타겟(12)의 내면을 초음파를 이용해 인듐으로 코팅하는 단계를 포함하기도 한다. 이때 받침관(16)을 어셈블리 스탠드(80)에 의해 수직으로 자세를 유지한다. 3개 이상의 타겟(34)를 받침관(16) 둘레에 배치하되 받침관(16)과 스퍼터링타겟(12) 사이에 틈새(90)를 유지하고, 이 틈새(90)에 인듐을 채운다.

계속해 타겟부(34)를 받침관(16) 둘레에 더 배치하고 틈새(90)에 인듐을 채우되, 이 과정을 스퍼터링면(24)의 길이가 36인치를 넘을 때까지 반복한다.

받침관(16)의 외면과 스퍼터링타겟(12)의 내면을 인듐으로 코팅할 때 초음파에너지를 사용하는데, 주로 20KHz-70W의 초음파에너지를 사용한다. 그러나, 다른 에너지와 다른 코팅법을 이용할 수도 있는데, 예를 들면, 받침관(16)의 외면과 스퍼터링타겟(12)의 내면을 스퍼터링이나 증착기술을 이용해 메탈라이징(metalizing)하거나, 양쪽 표면에 금속층을 도금한다(예; 크롬-니켈-은 금속층). 코팅의 목적은 접착층(20)을 접착하거나 결합하는 표면을 만드는데 있다. 받침관의 외면과 스퍼터링타겟의 내면을 인듐으로 코팅할 때 초음파에너지를 사용하면 인듐원자가 표면에 충돌하여 양쪽 표면에 결합되는 인듐 코팅층이 형성된다. 접착층(20)을 받침관의 외면과 스퍼터링타겟의 내면에 직접 접착하는 것보다 코팅층에 접착하는 것이 접착력이 더 좋다.

요컨대, 원통형 스퍼터링타겟 어셈블리(10)는 길이 36인치 이상의 스퍼터링타겟; 원통형 받침관; 및 스퍼터링타겟을 받침관에 결합하기 위해 스퍼터링타겟과 받침관 사이에 위치하는 접착층으로 구성된다. 접착층의 재료로는 인듐이 좋다.

다음은 본 발명의 방법의 일례이다.

실시예

A. 받침관과 스퍼터링타겟(링타겟) 준비

1. 받침관(16)의 외면(94)과 스퍼터링타겟(12)의 내면(96)을 알콜로 세척.

B. 타겟부 내면 코팅

1. 타겟부(34)의 외면인 스퍼터링면(24)을 폴리이미드 테이프로 감아서 보호.

2. 타겟부의 내면(96)을 220 그릿(grit) 실리콘카바이드로 블래스트.

3. 타겟부의 내면(96)에 공기를 불어 먼지를 씻어낸 다음 알콜로 세척.

4. 타겟부(34)에 열선을 감고, 그 위에 단열시트를 덮음.

5. 타겟부(34)를 고온에 놓고 열선을 이용해 타겟부를 177℃로 가열.

6. 타겟부가 177℃까지 가열되면, 36그램이나 1스푼 정도의 인듐을 타겟부의 내면(96)에 뿌려줌.

7. 인듐을 177℃로 유지하면서, 타겟부의 전체 내면(96)에 도 6의 초음파혼(100)을 이용해 인듐을 용융하면서 코팅. 인듐을 분산시키면서, 초음파에너지를 타겟부의 내부에 가하여 인듐을 타겟부(즉, 내면)에 접착.

8. 타겟부를 여전히 177℃로 유지하면서, 타겟부 내면 전체가 인듐으로 코팅되었는지 확인. 이때 면도날로 표면을 긁어 인듐이 표면에 완전히 접착되고 면도날에 묻어나지 않음을 확인. 또, 인듐으로 코팅되지 않은 부분(드라이 스팟)이 없음을 눈으로 확인한 다음, 타겟부를 실온으로 냉각한다.

9. 각각의 타겟부에 대해 1~8 과정을 반복.

C. 받침관 외면 코팅

1. 받침관(16) 양단부를 Kapton™이란 폴리이미드 테이프로 감아 보호.

2. 받침관 외면(94)을 블래스트.

3. 외면(94)에 공기를 불어 먼지를 제거하고 알콜로 세척.

4. 받침관(16) 안에 알루미늄 가열관(50)을 넣고 177℃까지 가열.

5. 받침관 외면(94)에 소정량의 인듐을 도포.

6. 인듐을 177℃로 유지하면서, 도 7의 초음파혼(106)을 사용해 외면(94) 전체에서 인듐을 분포시키고 용융하면서 코팅. 인듐을 분포시키는 동안 초음파혼이 초음파에너지를 인듐에 가해 받침관의 외면(94)에 인듐을 코팅접착함.

7. 받침관을 177℃로 유지하면서, 받침관 외면 전체가 인듐으로 코팅되었는지 확인하는데, 이때 면도날로 표면을 긁어 인듐이 표면에 접착되고 그 밑의 표면 을 노출시키지 않음을 확인함. 또, 인듐으로 코팅되지 않은 부분(드라이 스팟)이 없음을 눈으로 확인. 이어서, 받침관을 실온까지 냉각.

D. 타겟부 접착 준비

1. 3개의 타겟부(34)를 타겟부 어셈블리로 조립.

2. 2개의 타겟부 사이에 직경 0.5mm의 기다란 와이어 4개를 등간격 배치해 2개 타겟부 사이에 0.5mm 간극(38)을 형성. 각각의 와이어를 타겟부의 외면과 내면에 맞게 절단하고 2개 타겟부의 간극을 포함한 내주면에 불활성 테이프(예; Kapton이란 상표의 폴리이미드 테이프)를 감는다.

3. 2개 타겟부 사이의 0.5mm 간극(38)에 수용성 마스킹 재료(예; 캘리포니아 소재 Contronic Deevices사의 WSM-90과 같은 아크릴 폴리머)를 주입.

4. 수용성 마스킹재료로 채운 간극(38)을 포함한 2개의 타겟부 외주면에 불활성 테이프를 감는다.

5. 타겟부(34)에 열선을 감고 단열체로 덮어둠.

6. 타겟부 어셈블리를 열선으로 가열하여 수용성 마스킹재료가 경화될 때까지 51.7℃의 온도를 유지.

E. 받침관 접착 준비

1. 받침관(16) 양단부를 불활성 테이프로 보호.

2. 직경 0.38mm의 와이어 4개를 받침관의 길이방향으로 배치(은코팅 구리선이 좋음). 4개 와이어를 불활성 테이프로 고정시키되, 스퍼터링타겟(12)과 받침관(16) 사이의 인듐 본드가 형성될 틈새(90)에 고정(도 5 참조).

F. 타겟부를 받침관에 접착

1. 알루미늄 가열관(50)을 받침관 안에 끼워둔 채, 어셈블리 스탠드(80)의 수직 고정구(86)에 가열관(54)을 꽂아 받침관(16)을 도 5와 같이 직립상태로 둠.

2. 알루미늄 가열관(50)과 타겟부 어셈블리 안의 히터(60)를 작동.

3. 받침관(16)과 타겟부 어셈블리의 온도가 177℃에 이르면, 3개의 타겟부(34)로 된 어셈블리 하나를 도 5와 같이 타겟 스토퍼(70)의 표면(74)에 걸릴 때까지 받침관(16) 윗쪽으로 넣고, 또는 그 위로 다른 타겟부 어셈블리를 넣는다. 타겟부 어셈블리들은 자체적으로 냉간접합 성질을 갖는 인듐 때문에 냉각될 때 받침관 위에 위치되지 않는다. 따라서, 조립하는 동안 어셈블리들이 잘 미끄러 들어가도록 인듐은 용융되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 고온상태의 타겟부 어셈블리들을 손으로 받침관(16)에 끼우는데, 이때 방열장갑을 손에 낀다.

4. 틈새(90) 바닥으로 인듐이 흘러나오는 것을 방지하기 위해, 받침관(16)과 고정구(58) 사이에 적당한 물질(예; Sylgard란 상표의 실리콘 엘라스토머)을 주입하여 첫번째 타겟부 어셈블리 바닥면 둘레에 이 물질로 된 가스켓을 형성. 일반적으로, 이 가스켓은 틈새(90) 안에서 높이 0.125인치에 이르고, 개스켓 외면을 불활성 테이프(폴리이미드 테이프)로 감는다.

5. 랑타겟 어셈블리와 받침관 사이의 틈새(90)에 인듐을 채우고 타겟을 가볍게 두드려 기포를 제거. 일반적으로, 이 작업은 인듐을 용융상태에서 틈새(90)에 주입하여 이루어진다.

6. 모든 타겟부 어셈블리가 받침관(16)에 모두 끼워질 때까지 나머지 타겟부에 대해 3~5 과정을 반복. 예를 들어, 스퍼터링타겟(12)의 길이 h가 36인치를 넘을 때까지 반복함(도 2 참조). 도시된 실시예에서 h는 97인치이다. 후속 타겟부 어셈블리를 이미 설치된 타겟부 옆에 끼우기 전에, 앞서 설치된 타겟부 어셈블리 윗면에 0.2인치 와이어 4개를 배치해 2개의 타겟부 어셈블리 사이에 간극을 만들고, 전술한 바와 같이 D 단계와 같이 WSM-90으로 개스켓을 만든다.

7. 한편, 타겟부(34)를 현 F 단계가 아닌 아래 G 단계에서 설명하는 과정을 통해 수평으로 유지하면서 받침관(16)에 끼울 수도 있다.

G. 타겟부를 받침관에 접착하는 다른 과정(타겟부의 수평조립)

1. 앞의 F 과정(타겟부의 수직조립) 대신, 아래 과정을 이용할 수 있다. 알루미늄 가열관(50)을 여전히 받침관 안에 둔채, 받침관(16)을 수평으로 눕힌다.

2. 알루미늄 가열관(50)과 타겟부 어셈블리 안의 히터(60)를 작동.

3. 틈새(90)의 바닥으로 인듐이 흘러나오는 것을 방지하기 위해, 받침관(16)과 고정구(58) 사이에 WSM90을 주입하여 첫번째 타겟부 어셈블리 바닥면 둘레에 개스켓 형성.

4. 받침관(16)과 타겟부 어셈블리 온도가 177℃에 이르면, 수평으로 있는 받침관(16)에 3개의 타겟부로 된 타겟부 어셈블리 하나를 끼우되 도 5와 같이 타겟 스토퍼(50) 표면(74)에 걸릴 때까지 끼운다. (한편, 타겟부(34)를 하나씩 받침관(16)에 끼울 수도 있다). 타겟부 어셈블리들은 자체적으로 냉간접합 성질을 갖는 인듐 때문에 냉각될 때 받침관 위의 제자리에 있지 않는다. 따라서, 조립하는 동안 어셈블리들이 잘 미끄러 들어가도록 인듐은 용융되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 고온상태의 타겟부 어셈블리들을 손으로 받침관(16)에 끼우는데, 이때 방열장갑을 손에 낀다.

5. 첫 번째 타겟부 어셈블리를 받침관(16)에 끼운 뒤, 표면(74)에 맞닿지 않은 타겟부 어셈블리의 단부의 (WSM90으로 채워진) 간극(38)에 스페이서 블록(예; 1인치 금속블록)을 배치하고, 두번째 타겟부 어셈블리를 스페이서 블록에 걸릴 때까지 받침관(16)에 끼운다.

6. 모든 타겟부 어셈블리가 받침관에 끼워질 때까지 5의 과정을 반복. 모든 타겟부 어셈블리를 받침관(16)에 끼웠으면, 히터를 끄고 타겟부와 받침관(16)을 실온까지 냉각한다. 한편, 히터는 그대로 두고 아래 7단계를 진행하기도 한다.

7. 알루미늄 가열관(50)을 여전히 받침관(16)에 끼워둔 채, 어셈블리 스탠드(80)의 수직 고정구(86)에 가열관(54)을 끼워 받침관(16)을 도 5와 같이 직립상태로 둔다.

8. (6단계에서 히터가 꺼졌으면) 알루미늄 가열관(50)과 타겟부 어셈블리 내부의 히터(60)를 작동.

9. 최하단 스페이서블록에 의한 틈새를 이용해, 최하단 타겟부 어셈블리와 받침관 사이의 틈새(90)에 인듐을 채우고 가볍게 타겟을 두드려 모든 기포를 제거함. 이어서, 스페이서블록을 빼내고, 2개의 인접 타겟부 어셈블리를 간극(38)을 유지한채 끼운다.

10. 모든 타겟부 어셈블리와 받침관(16) 사이의 틈새(90)에 인듐이 채워질 때가지 9 단계 반복.

H. 원통형 스퍼터링타겟 어셈블리 세척

1. F나 G 단계를 실행한 뒤, 스퍼터링타겟 어셈블리(10)를 실온까지 냉각한 다음, 이 어셈블리(10)를 스탠드(80)의 고정구(86)에서 들어내 수평으로 눕힌다.

2. 스퍼터링타겟 어셈블리(10)의 외면에서 모든 테이프를 벗기고 받침관에서 알루미늄 가열관(50)을 빼낸 다음, 타겟부(34)에서 나머지 와이어 히터와 단열시트를 제거한다.

3. 타겟부(34) 사이의 간극(38)을 포함한 스퍼터링타겟 어셈블리에서 온수를 사용해 WSM90을 모두 제거한 다음, 간극(38)에 설치되었던 와이어도 제거한다.

4. 플라스틱 수세미를 사용해 스퍼터링타겟 어셈블리(10)에서 모든 테이프 잔재를 제거.

5. 타겟부(34) 사이의 간극(38)을 알콜로 철저히 세척.

6. 받침관 양단부의 모든 산화물을 수세미로 제거.

7. 받침관(16) 내부도 수세미로 세척.

8. 스퍼터링타겟 어셈블리 전체를 알콜로 세척.

Claims (21)

1. 원통형 스퍼터링타겟을 결합하는 방법에 있어서:

   a) 원통형 받침관의 외면과 다수의 원통형 스퍼터링 타겟부의 내면을 접착할 준비를 하기 위하여 초음파 에너지와 인듐을 사용하는 단계;

   b) 받침관의 외면과 타겟부의 내면을 틈새를 두고 인접하도록 받침관에 타겟부를 끼우되, 전체 타겟부들의 총 길이가 36인치보다 길게 하는 단계;

   c) 받침관을 직립시킨채 상기 틈새에 액체 인듐을 채우는 단계; 및

   d) 상기 액체 인듐이 응고되어 스퍼터링 과정동안 타겟부들을 받침관에 접착상태로 유지되도록 하는 인듐 접착층을 형성하는 단계;를 포함하되,

   인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계에서 용융된 인듐이 분산(spread)되는 동안에 초음파 에너지를 전달하는 초음파기구를 사용하여 받침관의 외면과 타겟부의 내면에 용융된 인듐을 분산시켜서 상기 받침관의 외면과 상기 타겟부의 내면을 인듐으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 받침관과 상기 타겟부는 용융된 인듐이 받침관의 외면과 타겟부의 내면에서 분산되기 이전에 인듐의 융점보다 높은 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 타겟부들의 전체 길이가 40인치보다 긴 것을 특징으로 하는 방법.
5. 원통형 스퍼터링타겟을 결합하는 방법에 있어서:

   a) 원통형 받침관의 외면과 다수의 원통형 스퍼터링 타겟부의 내면을 접착할 준비를 하기 위하여 초음파 에너지와 인듐을 사용하는 단계;

   b) 받침관의 외면과 타겟부의 내면을 틈새를 두고 가까이 되게 받침관에 타겟부를 끼우는 단계;

   c) 받침관을 직립시킨채 인듐 접착층을 형성하기 위하여 상기 틈새에 액체 인듐을 채우는 단계; 및

   d) 타겟부가 받침관 둘레에 길이 36인치 이상의 원통형 스퍼터링면을 형성하되, 응고된 후의 인듐 접착층은 스퍼터링 과정 동안 타겟부를 받침관에 접착상태로 유지시킬 때까지 상기 b) 단계와 상기 c) 단계를 반복하는 단계;를 포함하되,

   인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 단계 a)에서 용융된 인듐이 분산되는 동안에 초음파 에너지를 전달하는 초음파 기구를 사용하여 상기 받침관의 외면과 상기 타겟부의 내면에 용융된 인듐을 분산시켜서 상기 받침관의 외면과 상기 타겟부의 내면을 인듐으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 단계 b) 및 단계 c)는 상기 타겟부들의 전체 길이가 40 인치보다 긴 길이를 가지는 상기 받침관 주위에 원통형 스퍼터링 표면을 형성할 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제5항에 있어서, 타겟부들을 받침관에 끼울 때 받침관을 직립상태로 두는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 받침관을 고정구에 끼워 직립 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제5항에 있어서, 받침관에 타겟부를 끼워둔 채 타겟부를 인듐의 융점 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 온도가 177℃인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제5항에 있어서, 받침관에 타겟부를 끼워둔 채 받침관을 인듐의 융점 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 온도가 177℃인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 원통형 스퍼터링타겟을 원통형 받침관에 결합하는 방법에 있어서:

    a) 다수의 원통형 스퍼터링 타겟부의 내면과 원통형 받침관의 외면을 인듐으로 코팅하기 위하여 인듐과 초음파를 사용하는 단계;

    b) 타겟부를 2개 이상 연결하여 첫번째 타겟부 어셈블리를 형성하는 단계;

    c) 2개 이상의 타겟부들을 연결하여 타겟부 어셈블리를 추가로 형성하는 단계;

    d) 첫번째 타겟부 어셈블리를 받침관 둘레에 끼우되, 타겟부 어셈블리 내면과 받침관 외면 사이에 제1 틈새를 두는 단계;

    e) 받침관을 직립상태로 둔 채 제1 틈새에 인듐을 채우는 단계;

    f) 추가 타겟부 어셈블리들 중의 하나를 받침관 둘레에 끼우되, 상기 추가 타겟부 어셈블리 내면과 받침관 외면 사이에 제2 틈새를 두는 단계;

    g) 받침관을 직립상태에 둔 채 제2 틈새에 인듐을 채우는 단계; 및

    h) 스퍼터링면의 길이가 36인치를 넘는 소정의 길이에 도달하고, 모든 타겟부가 스퍼터링 과정동안 타겟부들을 받침관에 접착상태로 유지하는 인듐 접착층으로써 상기 받침관에 부착될 때까지 상기 f) 단계와 상기 g) 단계를 반복하는 단계;를 포함하되,

    인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 a) 단계에서 용융된 인듐이 분산되는 동안에 초음파 에너지를 전달하는 초음파기구를 사용하여 받침관의 외면과 타겟부의 내면을 용융된 인듐으로 분산시켜서 상기 받침관의 외면과 상기 타겟부의 내면을 인듐으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 스퍼터링면의 길이가 40인치를 넘을 때까지 상기 f) 단계와 상기 g) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제14항에 있어서, 스퍼터링 타겟부들을 받침관 둘레에 끼워둔채 타겟부들을 인듐의 융점 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제14항에 있어서, 스퍼터링 타겟부들을 받침관 둘레에 끼워둔채 받침관을 인듐의 융점 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 길이가 36인치 이상이고 2개 이상의 스퍼터링 타겟부들로 구성된 원통형 스퍼터링 타겟;

    상기 스퍼터링 타겟 내부에 위치하는 원통형 받침관; 및

    스퍼터링 타겟을 받침관에 접착하기 위해 스퍼터링 타겟의 내면과 받침관의 외면 사이의 틈새에 위치하는, 인듐으로 이루어진 접착층;을 포함하되, 상기 접착층은 다른 접착수단 없이 스퍼터링 과정동안 상기 타겟부들을 상기 받침관에 접착상태로 유지하되,

    인접한 각각의 쌍의 타겟부 사이의 간극에는 개스켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
20. 제19항에 있어서, 스퍼터링 타겟의 길이가 40인치 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
21. 제19항에 있어서, 스퍼터링 타겟부의 재료가 세라믹인 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.

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